前馈变量量程及偏置值选择
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炼油化工自动化1993拄
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前馈变量量程及偏置值选择
沈阳化I学院纪兴权
,,——一
7f.7
[提要)前馈控制通常是与各种反馈控制相结合组戚复杂控树景统.
奉文从理论与实际应用上对前馈控
制变量的量程厦偏置值的确定进行了比较详细地分析.井给出了计
算公式,同时还指出了在实际中应注意的
问题.对控制系统
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
与投运有指导意义.
前馈控制是一种按干扰量进行控制的方
式,很适于化工,炼油生产操作,因为它能实
现
表
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征生产过程中的物料平衡,热量平衡等
模型控制,能实现控制系统问的动态联系达
到动作协调,显着地改善反馈控制的调节品
质,从而可降低能量,物料消耗,提高产品质
量和产量.
一
,前馈变量测量变送器量程范围的选
择
前馈控制过程的实质是实现生产操作中
的物料或能量的动态或静态平衡,恰当供应,
前馈控制作用对物料或能量的调整应当准
确.因此在单纯前馈系统中,为克服调节阀滞
环及动特性影响.前馈控制器的输出作为流
量控制副回路的设定值由于干扰是波动的,
有的变化较大.勾使调节器输入不发生单边
饱和,选择干扰量的测量变送器量程时,与一
般流量测量系统应有差别.既要考虑最大干
扰量又委留有余地.当然还要看前馈控耙器
的静惫增盏t;
线性测量变送器测量变量与信号关系为
=…‰
r一口n一,…
或,一L一(Q--Q~)(2)
设前馈控制器传递函数
Grr(s)I=l『W(s)(3)
则前馈控制的静态输出信号
tf一,.K”(t--,)一KH?(Q--9.(4)
式中K”——前馈控制器静态增益;
,,.——测量变送器信号上,下限I
“——前馈变量的量程上,下限.
测量变送器的量程可按式(3)选择,使最大干
扰下流量调节器输入不出现单边饱和,即
比(仪表信号最大值)小一些.在其他形式
的前馈控制系统中,对干扰变量的测量变选
器量程范围选择,也应遵循这个原则.
二,前馈一反馈控制系统中前馈控镧信号
偏置值的计算与选择
一
般前馈一反馈控制系统中前馈控制信
号与反馈控制信号相综合如图1所示二种形
式在前馈一串级控制系统中前馈控制信号与
副调节器输出信号相叠加作为调节阀的控制
信号有的过程为简化设计,或考虑用调节阀
特性补偿调节通道性,采用前馈一单回路反馈
控制结构.前馈控制器的输出与反馈控制器
的输出相叠加,这对不太难控的过程也会取
得好的控制效果.
从图中看出.不论前馈一单回路反馈控制
系统还是前馈一串级控制系统,前馈控制器的
输出都是前馈变量经测量变送器G和前馈
控制器G”后的信号.而前馈控制器的数学表
达式.对线性或近似线性过程,可从系统方框
图得出.众所周知,前馈控制器的设计是按被
控变量不受影响原理设计的.对图中前馈一单
回路反馈控制系统
F(s)Gr(s)G(s)G(s)G.(s)+F(s)G,(s)-------0
解得前馈控制器传递函数
.”(s)一一酉tifCsi)洒(5)
第6期炼油化工自动化
同理,对前馈一串级控制系统
F(s)G耐(s)G(s)
?
G
os卅?1+
2
(s)G(s)G2(s)G(s),…’…
?
Gf(s)jO
当副回路为流量对象,或副对象调节通道时
间常数相对主调节通道来讲很小时,副回路
对干扰F是一个随动系统,可近似为”1的
环节.则前馈控制器的传递函数为
Gtf(s)=一(6)
式中G(s)——对象的干扰通道传递函数{
G(s)——调节通道传递函数;
q(s)——主调节通道传递函数}
G(s)——调节阀传递函数
G,(s)——测量变送器传递函数.
圈1前馈反馈控制系统方框图
我们知道,生产过程中前馈变量处于稳
态下的正常量一般是生产操作所必须的物料
量或能量,因此在前馈一反馈控制系统中,前
馈控制信号的正常值不应对过程或系统产生
影响.同时,这个信号与反馈控制信号综合时
还占据反馈控制的有用信号,在综合运算中
会产生溢出,使系统不能正常工作,在系统实
施时应当把它偏置掉.图中的C值就是为使
前馈变量正常时加到反馈控制信号的信号为
0”,由此可知c.值与前馈变量正常信号值
大小相等,方向相反.这样,只有在前馈变量
发生变化时才产生增大或减小的双向控制作
用.由式()知,稳态情况下前馈控制器的输
出信号为
lh—Ih一妊ttn—i)
则前馈控制偏置信号为
i一iii三=(一.D)(7)
式中——偏置信号的零点{
其他符号意义同前
为充分发挥前馈,反馈综合信号中前馈
控制信号的作用,一般应选择前馈控制嚣精
炼油化工自动化1993年
出为其输出量程的50左右.如对信号为(4
,
20)mA或(1,5)VDC的控制系统为
12mA(或3VDe)}仪表内部信号为0,1时
则为0.5左右.前馈信号正常值的选定或调
整,从式(7)可知,由于”,,,已定,则可
通过干扰量的测量变送器的量程(r-Qo)
选择来确定.例如某一系统前馈变量为流量,
流量渡动范围在30,40(t/h)之间,正常值为
35(t)左右’
系统仪表为DDZ—I型,即信号制为0,
10mA;
前馈控制器静态增益K=1.S}
希望前馈控制器正常输出为5mA左右.
困I一,.=G,式(7)可简化为
,
一‰’口flj--.o)
则一Qo—K,(一)
A
代入已知数据得
1n
Qmi—Qo=1,5××(35一Qo)=3×(35一Qo)
或如一l05—2口.
用此式来协调测量变送器的量程范围:
如取Qo=0,则=1OS(t/h)}
Qo=25,则=55(t/h);
可有无穷组解,从获得测量准确性高的角度
看,这两组中后一个量程范围较合适.但若此
测量变迭器还有统计计量任务,小于最小值
的就得不到信号了,必要时有条件可进行
仪表双重设置.
如果扰动变量变化的对称性差,易向某
一
方偏离较大,应使其信号在这个方向留有
较大的变化余地,离中间稍远一点,又不致使
前馈一反馈综合信号在加减单元(或运算模
块)中产生溢出.
当然,有的前馈一反馈控制系统不需要设
置值,如锅炉液位三冲量控制系统,因为
前馈变量为蒸汽流量与调节变量——进料
量,实质为同一量,蒸汽负I荷量与进水量一致
而且方向相反,用两个仪表量程协调捧污量,
就不用值.
应指出,有的前馈一反馈控制系统前馈与
反馈信号综合是用乘除器,也没有偏置值
问题如带有用质量反馈控制器输出自动修
正前馈控制信号的系统.它像是但不是前馈一
串级控制系统.从功能看,它是动态或静态变
比值控制系统.
在确定C.值时,式(7)中的是带符号
的,为选择测量变送器量程范围方便,仅用其
绝对值}K{,在实施时再考虑值符号,或
前馈信号进加减单元的符号.前馈控制器的
符|,
即这个前馈一反馈串级控制系统,前馈控制器
信号进加减单元的信号为(+).由此知,
值信号进加减单元的符号为(一).
浙公网安备 33021202002483